JP6424336B2 - Floodlight device - Google Patents
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Description
本開示は、光源から出射した光を波長変換素子に照射することで発生する光を利用する車両用照明等の照明分野に用いられる投光装置に関する。 The present disclosure relates to a light projecting device used in the field of lighting such as vehicle lighting that utilizes light generated by irradiating a wavelength conversion element with light emitted from a light source.
従来この種の投光構造体は、図16に示すごとく、反射部材1041と、発光部材1042とを有する。反射部材1041は、頂点近傍に焦点が位置する深い凹面状に形成された反射面1041aを有する。発光部材1042は、反射面1041aの焦点及びその周辺に配置され、励起光により励起されることにより光を出射する。
Conventionally, this type of light emitting structure has a reflecting
発光部材1042は、レーザ1043からの励起光L1を吸収して蛍光を発生する蛍光材料の粉末を樹脂などに混ぜて固めたもの、あるいは蛍光材料の粒子をバインダーに混ぜて塗布したものであった。
The
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
As prior art document information related to this application, for example,
このような従来の投光装置を車両用照明などの屋外照明に用いる場合、投光装置外部より太陽光が入射し、発光部材に赤外線が集光されるため、発光部材が劣化するという課題があった。 When such a conventional light projection device is used for outdoor lighting such as vehicle lighting, sunlight is incident from the outside of the light projection device, and infrared rays are condensed on the light emitting member, so that the light emitting member is deteriorated. there were.
上記課題を解決するために本開示の投光装置は、励起光を放射する発光素子と、励起光を受け、励起光を異なる波長の光に変換し放射光として放射する波長変換部と、放射光を受ける光学フィルタと、を有する。光学フィルタは、放射光が有する波長よりも波長の長い長波長光を反射する。 In order to solve the above problems, a light projecting device of the present disclosure includes a light emitting element that emits excitation light, a wavelength conversion unit that receives excitation light, converts the excitation light into light of different wavelengths, and emits the light as emitted light. And an optical filter for receiving light. The optical filter reflects long wavelength light having a wavelength longer than that of the emitted light.
この構成により、光学フィルタが放射光よりも波長の長い長波長光を反射するので、波長変換部に長波長光が照射されるのを抑制することができ、波長変換部の劣化を抑制することができる。 With this configuration, since the optical filter reflects long wavelength light having a longer wavelength than the emitted light, it is possible to suppress the long wavelength light from being irradiated to the wavelength conversion unit, and to suppress deterioration of the wavelength conversion unit. Can.
(実施の形態1)
本開示の実施の形態1における投光装置1を、図1から図8を用いて説明する。
The
本開示の実施の形態1における投光装置の模式図を図1に示す。図1に示すように、本実施の形態における投光装置1は、発光素子11と、波長変換部16と、光学フィルタ40とを備える。発光素子11は、励起光を放射する。波長変換部16は、励起光を受け、励起光を異なる波長の光に変換し波長変換光76として放射する。波長変換光76は放射光である。光学フィルタ40は、波長変換光76を受ける。光学フィルタ40は、放射光が有する波長よりも波長の長い長波長光を反射する。
The schematic diagram of the light projection apparatus in
この構成により、光学フィルタ40が放射光よりも波長の長い長波長光を反射するので、波長変換部16に長波長光が照射されるのを抑制することができ、波長変換部16の劣化を防止することができる。
With this configuration, since the
以下、任意の構成も含めたより具体的な構成について説明する。 Hereinafter, a more specific configuration including an optional configuration will be described.
発光素子11は、例えば、発光中心波長は約405nmで光出力が2ワットである窒化物半導体レーザである半導体発光素子により構成する。本実施の形態においては、発光素子11がヒートシンク25に3つ配置される。発光素子11から出射した光は、コリメートレンズ12で直進光である出射光70に変換される。導光部材35は、出射光70を波長変換部16に導く。リフレクタ30は、波長変換部16から出射された波長変換光76を前方方向へ反射させ出射光80bとする。リフレクタ30は、例えばAl、Agなどの金属膜もしくは表面に保護膜を形成したAl膜を有する。リフレクタ30は凹面形状をしており、波長変換部16がその凹面形状の内側に配置されている。光学フィルタ40は、リフレクタ30の開口部30aを覆うように設けられる。
The
導光部材35は波長変換部16の支持部16aと一体に成型される部品であり、例えば低融点ガラスなどの波長400nm以上の光を吸収しない材料で構成される。導光部材35は、支持部16aに向かって径が小さくなる円錐形状であり、先端部分を例えば高温炉で軟化させ球状に成型することで支持部16aを一体で構成できる。支持部16aには、蛍光体層17が覆うように形成され、具体的には、例えばEu賦活(Ba、Sr)Si2O2N2蛍光体、Ce賦活Y3Al5O12蛍光体などの黄色光を発する蛍光体を含む第4の蛍光体層17Yと、例えばEu賦活Sr3MgSi2O8蛍光体、Eu賦活BaMgAl10O17蛍光体などの青色光を発する蛍光体を含む第3の蛍光体層17Bを順に支持部16aを覆うように形成される。第4の蛍光体層17Yおよび第3の蛍光体層17Bは上記の蛍光体を、例えばシリコーンなどの透明材料に混合させ金型等で支持部16aに固定される。The
また、光学フィルタ40は、好ましくは図2に示すような、例えば波長420nm以下の光および波長700nm以上の光を反射する特性を有する。
In addition, the
続いて、投光装置1の動作について説明する。3個の発光素子11から出射された例えば6ワットの出射光は、コリメートレンズ12により直進光である出射光70に変換され、導光部材35の入射端部32から導光部材35内部へと入射する。導光部材35に入射した光は、直接、または、導光部材35の表面を全反射しながら支持部16aへと導かれる。支持部16aに入射した出射光70は、その一部が第4の蛍光体層17Yに吸収される。第4の蛍光体層17Yを透過した光は第3の蛍光体層17Bへと入射する。第4の蛍光体層17Y、第3の蛍光体層17Bに入射した光は、黄色光、青色光へと変換され、波長変換部16から白色光である波長変換光76として全方位へ放射される。波長変換部16から放射された波長変換光76は、直接に光学フィルタ40に向かうか、リフレクタ30の反射面にて反射された反射光80aとなり、図1において上方方向へ放射される。このとき、波長変換光76および反射光80aのスペクトルは図3で示されるように、波長405nm付近のレーザ光と、波長460nm付近と波長570nm付近にピークをもつ蛍光とで構成され、白色光として放射されている。一方、このような投光装置を屋外に設置する場合、太陽からの太陽光の影響を加味する必要がある。太陽光は図4で示されるスペクトルを有し、特に波長700nm以上の赤外線は容易に物質に吸収されるため発熱要因となる。特にリフレクタ30を用いた投光装置においては、投光装置から入射した太陽光は、リフレクタ30により容易に波長変換部16に集光される。
Subsequently, the operation of the
そこで、リフレクタ30の開口部30aには図2に示すような透過率特性を有する光学フィルタ40を設ける。まず、波長変換部16から出射された放射光は、光学フィルタ40を透過する際に、例えば波長420nm以下の光が除去されるため、発光素子11からの出射光70が直接出射されない。さらに外部から入射される太陽光のうち、赤外線は、図5に示すように、光学フィルタ40により反射されるため、波長変換部16に集光されることを抑制することができ、波長変換部16が発熱することを抑制することができる。
Therefore, the
光学フィルタ40の具体的な例を以下に示す。図2は光学フィルタ40の理想的な透過スペクトルを示す。光学フィルタ40は、例えばMgF2、SiO2、Ta2O3、Al2O3、TiO2、などの誘電体の多層膜より構成される。本実施の形態における光学フィルタ40は、その透過スペクトル図である図6に示すように、波長420nm以下の光および波長700nm以上の光を反射し、波長430nm以上、且つ、660nm以下の光を透過する。A specific example of the
この図6に示す透過スペクトル特性を有する光学フィルタ40を用いた投光装置1から出射される出射光のスペクトルを、太陽光の下で測定すると、図7の実線により示すスペクトル特性が得られた。図7の実線により示すスペクトル特性は、図3の実線により示したスペクトル特性と同様であった。なお、図7の実線により示すスペクトル特性については、光学フィルタ40における太陽光の反射の影響を除去している。一方、図7の点線は、光学フィルタ40を設けない場合のスペクトル特性を示す。図7の点線により示すスペクトル特性は、図3の実線により示すスペクトル特性と同じである。図7の結果より、特に波長が680nm以上の光については光強度がほとんどゼロ(波長が680nm以上のところでの裾野が存在しない)であることがわかった。すなわち、太陽光のうち赤外線部分については太陽光が投光装置1の内部に入り込まず、投光装置1より外部に出ないことがわかった。また、光学フィルタ40を設けなかった場合に見られた波長405nm付近のレーザ光の放射もほとんどゼロとなった。図8を用いて、上記の光学フィルタ40を設けた場合の投光装置1から出射される出射光と、光学フィルタ40を設けなかった場合の投光装置1から出射される出射光とを比較説明する。この図8に示すように色温度、平均演色指数については、光学フィルタ40を設けた場合と設けなかった場合とでほとんど差が無く、また光束についても、通常の透明ガラスを配置した場合と同程度の光束を得ることができた。具体的には、光学フィルタ40を設けなかった場合の光束が100lmであるのに対し、光学フィルタ40を設けた場合の光束は93lmであった。これらの説明から明らかなように、本開示の投光装置1を用いれば、発光素子11からの出射光をさほど変化させずに、太陽光からの赤外線を効果的に反射させることができる。
When the spectrum of the light emitted from the light projecting
なお、上記実施の形態1に係る光学フィルタ40としては、波長420nm以下の光および波長700nm以上の光を反射する特性を有するものとしたが、波長420nm以下の光および波長700nm以上の光を吸収し、波長430nm以上、且つ、波長660nm以下の光を透過するものであっても同様な効果が得られる。
The
(実施の形態1の変形例)
続いて本開示の実施形態1における投光装置1の変形例を、図9、図10、図11を用いて説明する。本変形例においては実施の形態1と異なる部分についてのみ説明する。(Modification of Embodiment 1)
Then, the modification of the
本開示の実施の形態1の変形例における投光装置の模式図を図9に示す。本変形例においては、実施の形態1のリフレクタ30の代わりに、リフレクタ130を用いる。リフレクタ130は、例えばガラスなどの透明材料で構成される凹面状の凹面部材31の内表面に光学フィルタ140が形成されている。光学フィルタ140は凹面形状を有し、波長変換部16がこの凹面形状の内側に配置されている。光学フィルタ140は、好ましくは図10に示すように、例えば波長420nm以下の光および波長700nm以上の光を透過する特性を有する、例えば誘電体多層膜で構成される。そして好ましくは、リフレクタ130の開口部30aには、波長変換部16や光学フィルタ40を保護するための、例えばガラスなどの透明材料で構成された透明カバー45が配置される。
The schematic diagram of the light projection apparatus in the modification of
一方、本変形例において、波長変換部16は、導光部材35の先端部分に形成された半球状の支持部16a上に、蛍光体層17および反射部材16bが積層されて固定される。具体的には、蛍光体層17の第4の蛍光体層17Yは、例えばEu賦活(Ba、Sr)Si2O2N2蛍光体、Ce賦活Y 3 (Al,Ga)5O12蛍光体などの黄色光を発する蛍光体を含む蛍光体層である。第3の蛍光体層17Bは、例えばEu賦活(Ba,Sr)3MgSi2O8蛍光体、Eu賦活BaMgAl10O17蛍光体などの青色光を発する蛍光体を含む蛍光体層である。反射部材16bは例えばアルミニウム合金であり、最表面に配置される。
On the other hand, in the present modification, in the
続いて、本変形例の投光装置1の動作について説明する。発光素子11から出射された出射光70は、導光部材35および支持部16aを伝搬し、その一部が第4の蛍光体層17Yに吸収される。第4の蛍光体層17Yに吸収されなかった出射光70は、第4の蛍光体層17Yを透過し第3の蛍光体層17Bへと入射する。第4の蛍光体層17Y、第3の蛍光体層17Bに入射した光は、黄色光、青色光へと変換され、波長変換部16から白色光である波長変換光76として、放射される。このとき波長変換光76のスペクトルは、図3で示されるように、波長405nm付近のレーザ光と、波長460nm付近と波長570nm付近にピークをもつ蛍光とで構成される白色光である。波長変換部16から放射された波長変換光76は、凹面部材31上の光学フィルタ140に向かう。波長変換光76の波長420nm以下の光、つまり波長405nm付近のレーザ光の成分80bは、光学フィルタ140を透過し、波長変換部16で変換された光、つまり波長430nm以上、且つ、660nm以下の光は、光学フィルタ140にて反射された反射光80aとなり、図9において上方方向へ放射される。
Subsequently, the operation of the light projecting
一方、このような投光装置1を屋外に設置し、外部から太陽光が入射した場合、赤外線は、図11に示すように、光学フィルタ140において透過していくため、波長変換部16に集光されることを抑制することができ、波長変換部16を発熱させることを抑制することができる。また、蛍光体層17上には、反射部材16bが配置されるため、外部から赤外線が直接、蛍光体層17に照射されるのも防止することができる。
On the other hand, when such a
上述の説明のとおり、本変形例においては、光学フィルタ140がリフレクタ130の一部となるため、投光装置1を容易に構成することができる。
As described above, in the present modification, since the
なお、上記実施の形態1の変形例に係る光学フィルタ140としては、波長420nm以下の光および波長700nm以上の光を透過する特性を有する例を示したが、光学フィルタ140が波長420nm以下の光および波長700nm以上の光を吸収し、波長430nm以上、且つ、波長660nm以下の光を反射する構成としてもよい。もしくは、光学フィルタ140は、波長420nm以下の光および波長700nm以上の光を透過する特性を有するが、凹面部材31が波長420nm以下の光および波長700nm以上の光を吸収するとしてもよい。上記構成により同様な効果が得られると共に、投光装置の凹面部材31の背面から、赤外光やレーザ光が放射されるのを防止することができる。
In addition, although the example which has the characteristic which permeate | transmits the light of wavelength 420 nm or less and the light of
(実施の形態2)
続いて、図12Aから図15を用いて、本開示の第2の実施の形態における投光装置および投写機について説明する。Second Embodiment
Subsequently, a light projecting device and a projector according to a second embodiment of the present disclosure will be described using FIGS. 12A to 15.
図12Aは、本開示の実施の形態2における投光装置の構成の概略図である。なお、第1の実施の形態と共通の構成要素については、同じ番号を付すことにより説明を省略する。 FIG. 12A is a schematic view of a configuration of a light projecting device in Embodiment 2 of the present disclosure. The same components as in the first embodiment will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
図12A、図12Bに示す投光装置101は、主な発光波長が590nm以上、且つ、660nm以下の範囲のいわゆる赤色光のみの光と、主な発光波長が500nm以上、且つ、590nm未満の範囲のいわゆる緑色光のみの光と、主な発光波長が430nm以上、且つ、500nm未満の範囲のいわゆる青色光のみの光を放射する。これら3色の光が時間に連続してなる波長変換光76として放射される。波長変換光76は、例えば一周期が約8.3ms(120Hz)の光であり、例えば青色、緑色、赤色の順番で三原色が放射される。
The
投光装置101の構成は、例えば光出力が2ワットで発光波長の中心波長が380nm以上、且つ、420nm以下の範囲にある半導体レーザである発光素子11がヒートシンク25上に、例えば3個配置される。発光素子11から出射した出射光70はコリメートレンズ12により凹レンズ13に集められ直進光となる。直進光は光学フィルタ14を透過し、集光レンズ15により波長変換部16の所定の位置に集光される。ここで光学フィルタ14は、波長380nm以上、且つ、420nm以下の光を透過し、波長430nm以上、且つ、660nm以下の光を反射するように設定される。光学フィルタ14から波長変換部16への方向と、光学フィルタ14から長波長吸収部90への方向とのなす角度は90度である。ここで、90度とは、約90度、すなわち製造上の誤差を含む。
The configuration of the light projecting
波長変換部16は図12Bに示すように円盤状の形状の金属板の表面に第1の蛍光体層17R、第2の蛍光体層17G、第3の蛍光体層17Bが同一面上に3分割して形成された構成である。第1の蛍光体層17Rは、例えばEu賦活(Sr,Ca)AlSiNである蛍光体を含有する。第2の蛍光体層17Gは、例えばCe賦活Y3(Al、Ga)5O12である蛍光体を含有する。第3の蛍光体層17Bは、例えばEu賦活Sr3MgSi2O8である蛍光体を含有する。なお、図12Bの波長変換部16は、図12Aにおける波長変換部16を発光素子11側から見た概略図である。As shown in FIG. 12B, the
波長変換部16は、例えばアルミ合金である金属板(支持部16a)上に、第1の蛍光体層17R、第2の蛍光体層17G、第3の蛍光体層17Bが形成され構成されている。第1の蛍光体層17R、第2の蛍光体層17G、第3の蛍光体層17Bは、上述した蛍光体が、例えばジメチルシリコーンなどのバインダー(図示せず)に混合されてなる。このような構成の波長変換部16は、回転機構20と回転軸19により所定の回転数で回転される。波長変換部16は回転することで、第1の蛍光体層17R、第2の蛍光体層17G、第3の蛍光体層17Bの特定の位置に出射光70が照射し続けることを抑制することができる。また、波長変換部16で変換される波長変換光76の発光スペクトルを時間で変化するように設定することができる。具体的には、波長変換部16に集光された出射光70が、第1の蛍光体層17Rに含まれる蛍光体により、主な波長が590nm以上、且つ、660nm以下の波長変換光76へと変換される。波長変換部16に集光された出射光70が、第2の蛍光体層17Gに含まれる蛍光体により、主な波長が500nm以上、且つ、590nm未満の波長変換光76へと変換される。波長変換部16に集光された出射光70が、第3の蛍光体層17Bに含まれる蛍光体により、主な波長が430nm以上、且つ、500nm未満の波長変換光76へと変換される。なお、出射光70の中心波長は380nm以上、且つ、420nm以下である。この波長変換光76は、集光レンズ15により再び直進光である波長変換光となり光学フィルタ14で反射され、集光レンズ131、導光素子132、レンズ133を通って、投光装置101から出射光79として出射される。なお、光学フィルタ14からみて集光レンズ131の反対側には長波長吸収部90が設けられている。
The
上記構成において、光学フィルタ14の透過率特性は、好ましくは図13に示すような、例えば波長420nm以下の光および波長700nm以上の光を透過し、波長430nm以上、且つ、波長660nm以下の光を反射する特性を有する。
In the above configuration, the transmittance characteristics of the
この構成により外部から投光装置101内に太陽光等が進入した場合においても、赤外線81の大部分は図14に示すように光学フィルタ14を通過して長波長吸収部90にて吸収される。そのため、太陽光等が波長変換部16に入射・集光するのを抑制することができ、波長変換部16が劣化することを抑制することができる。
Even when sunlight or the like enters the light projecting
光学フィルタ14の具体的な例を以下に示す。図13は光学フィルタ14の理想的なスペクトル特性を示す。光学フィルタ14は、例えばSiO2とTiO2との多層膜より構成される。本実施の形態における光学フィルタ14は、その反射スペクトル図である図15が示すように、波長420nm以下の光および波長730nm以上の光を透過し、波長が430nm以上、且つ、660nm以下の光を反射する。A specific example of the
図15に示す透過スペクトル特性を有する光学フィルタ40を用い、太陽光の下で投光装置101から放射される放射光のスペクトルを測定すると、実施の形態1の図7を用いて示したスペクトル比較と同様の結果が得られた。すなわち、光学フィルタ40を用いた場合と用いなかった場合とで、色温度、平均演色指数についてはほとんど差がなかった。これらの説明から明らかなように、本開示の投光装置101を用いれば、発光素子11からの出射光をさほど変化させずに、太陽光からの赤外線を効果的に反射させることができる。
When the spectrum of the radiation light emitted from the
なお、上記実施の形態1および2に示した投光装置に用いる青色光、緑色光、黄色光、赤色光用の蛍光体の種類として、Eu賦活Sr3MgSi2O8蛍光体、Eu賦活BaMgAl10O17蛍光体、Ce賦活Y3(Al、Ga)5O12蛍光体、Eu賦活(Ba、Sr)Si2O2N2蛍光体、Ce賦活Y3Al5O12、Eu賦活(Sr,Ca)AlSiNなどを示したがこの限りではない。例えば上記に示した蛍光体の他に、例えば、Eu賦活CaAlSiN、Ce賦活Y3Al5O12蛍光体、Eu賦活β−SiAlON、Eu賦活α−SiAlON、Eu賦活(Sr,Ca,Ba)3MgSi2O8、Eu賦活(Sr,Ca)3MgSi2O8、Eu賦活(Sr,Ba)3MgSi2O8、Eu賦活(Sr,Ca,Ba)2MgSi2O7、Eu賦活(Sr,Ca)2MgSi2O7、Eu賦活(Sr,Ba)2MgSi2O7などを最適化したものを用いてもよい。In addition, Eu-activated Sr 3 MgSi 2 O 8 phosphor and Eu-activated BaMgAl as phosphors for blue light, green light, yellow light and red light used for the light projecting device shown in the first and second embodiments. 10 O 17 phosphor, Ce activated Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 phosphor, Eu activated (Ba, Sr) Si 2 O 2 N 2 phosphor, Ce activated Y 3 Al 5 O 12 , Eu activated (Sr activated) , Ca) AlSiN etc. are shown but not limited to this. For example, in addition to the phosphors described above, for example, Eu-activated CaAlSiN, Ce-activated Y 3 Al 5 O 12 phosphor, Eu-activated β-SiAlON, Eu-activated α-SiAlON, Eu-activated (Sr, Ca, Ba) 3 MgSi 2 O 8 , Eu activated (Sr, Ca) 3 MgSi 2 O 8 , Eu activated (Sr, Ba) 3 MgSi 2 O 8 , Eu activated (Sr, Ca, Ba) 2 MgSi 2 O 7 , Eu activated (Sr , Ca) 2 MgSi 2 O 7 , Eu activated (Sr, Ba) 2 MgSi 2 O 7 or the like may be optimized.
本開示の投光装置は、車両用照明などの屋外で使用する照明装置において、その耐久性を改善させることができるという効果を有し有用である。 The light projection device of the present disclosure is useful in a lighting device used outdoors such as a vehicle light, and has an effect that the durability can be improved.
1,101 投光装置
11 発光素子
12 コリメートレンズ
14,40,140 光学フィルタ
16 波長変換部
16a 支持部
17 蛍光体層
17R 第1の蛍光体層
17G 第2の蛍光体層
17B 第3の蛍光体層
17Y 第4の蛍光体層
25 ヒートシンク
30,130 リフレクタ
30a 開口部
31 凹面部材
32 入射端部
35 導光部材
70,79,80b 出射光
76 波長変換光
80a 反射光
81 赤外線
90 長波長吸収部
Claims (7)
前記励起光を受け、前記励起光を異なる波長の光に変換し放射光として放射する波長変換部と、
前記放射光を受ける光学フィルタと、を有し、
前記光学フィルタは凹面形状を有し、
前記波長変換部が前記凹面形状の内側に配置され、
前記光学フィルタは、前記励起光および赤外線を透過し、前記放射光を反射することを特徴とする投光装置。 A light emitting element that emits excitation light;
A wavelength conversion unit that receives the excitation light, converts the excitation light into light of different wavelengths, and emits the light as emitted light;
An optical filter for receiving the radiation light ;
The optical filter has a concave shape,
The wavelength converter is disposed inside the concave shape;
The optical filter transmits the excitation light and infrared light, and reflects the emitted light.
前記凹面部材は、前記光学フィルタを透過する光を吸収することを特徴とする請求項1または2に記載の投光装置。 The optical filter is formed on the inner surface of a concave member,
The concave member, the light projection device according to claim 1 or 2, characterized in that to absorb the light transmitted through the optical filter.
前記励起光を受け、前記励起光を異なる波長の光に変換し放射光として放射する波長変換部と、
前記放射光を受ける光学フィルタと、
前記放射光が有する波長よりも波長の長い長波長光を受ける長波長吸収部と、を有し、
前記光学フィルタは、前記長波長光を透過し、
前記長波長光は、前記長波長吸収部において吸収されることを特徴とする投光装置。 A light emitting element that emits excitation light;
A wavelength conversion unit that receives the excitation light, converts the excitation light into light of different wavelengths, and emits the light as emitted light;
An optical filter that receives the radiation;
And a long wavelength absorbing section for receiving long wavelength light having a wavelength longer than that of the radiation light,
The optical filter transmits the long wavelength light,
The projector according to claim 1, wherein the long wavelength light is absorbed by the long wavelength absorbing portion .
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